推理方法綜述

1、智能限制導(dǎo)論大作業(yè)學(xué)院：電子工程學(xué)院專業(yè)：智能科學(xué)與技術(shù)推理方法綜述一、推理的定義：推理是人類求解問題的主要思維方法.所謂推理就是根據(jù)某種策略從已有事實(shí)和知識(shí)推出結(jié)論的過程.通過一個(gè)或幾個(gè)被認(rèn)為是正確的陳述、聲明或判斷到達(dá)另一真理的行動(dòng),而這真理被相信是從前面的陳述、聲明或判斷中得出的直接推理.推理機(jī)病人結(jié)論知識(shí)專家的經(jīng)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)常識(shí)初始證據(jù)病人的病癥、化驗(yàn)結(jié)果證據(jù)中間結(jié)論醫(yī)療十家系統(tǒng)二、推理方式及其分類：1 .演繹推理、歸納推理、默認(rèn)推理(1) .演繹推理：一般一個(gè)別演繹推理是從全稱判斷推出特稱判斷或單稱判斷的過程,即從一般到個(gè)別的推理.最常用的形式是三段論法.例如：1)所有的推理系統(tǒng)都是智能

2、系統(tǒng)；2)專家系統(tǒng)是推理系統(tǒng)；3)所以,專家系統(tǒng)是智能系統(tǒng).(2) .歸納推理：個(gè)別一一般是從足夠多的事例中歸納出一般性結(jié)論的推理過程,是一種從個(gè)別到一般的推理過程,分為完全歸納推理,又稱為必然性推理,不完全歸納推理,又稱為非必然性推理.例如：完全歸納推理檢查全部產(chǎn)品合格該廠產(chǎn)品合格不完全歸納推理檢查全部樣品合格該廠產(chǎn)品合格(3) .默認(rèn)推理：默認(rèn)推理又稱缺省推理,它是在知識(shí)不完全的情況下假設(shè)某些條件已經(jīng)具備所進(jìn)行的推理.2 .確定性推理、不確定性推理如果按推理時(shí)所用的知識(shí)確實(shí)定性來分,推理可分為確定性推理與不確定性推理.1確定性推理精確推理.如果在推理中所用的知識(shí)都是精確的,即可以把知識(shí)表示

3、成必然的因果關(guān)系,然后進(jìn)行邏輯推理,推理的結(jié)論或者為真,或者為假,這種推理就稱為確定性推理.如歸結(jié)反演、基于規(guī)那么的演繹系統(tǒng)等2不確定性推理不精確推理.在人類知識(shí)中,有相當(dāng)一局部屬于人們的主觀判斷,是不精確的和模糊的.由這些知識(shí)歸納出來的推理規(guī)那么往往是不確定的.基于這種不確定的推理規(guī)那么進(jìn)行推理,形成的結(jié)論也是不確定的,這種推理稱為不確定推理.在專家系統(tǒng)中主要使用的方法.如果按推理過程中推出的結(jié)論是否單調(diào)增加,或者說推出的結(jié)論是否越來越接近最終目標(biāo)來劃分,推理又可分為單調(diào)推理與非單調(diào)推理.1單調(diào)推理.基于經(jīng)典邏輯的演繹推理是指在推理過程中隨著推理的向前推進(jìn)及新知識(shí)的參加,推出的結(jié)論呈單調(diào)增加

4、的趨勢,并且越來越接近最終目標(biāo).演繹推理是單調(diào)推理.2非單調(diào)推理.默認(rèn)推理是非單調(diào)推理是指在推理過程中隨著推理的向前推進(jìn)及新知識(shí)的參加,不僅沒有增強(qiáng)已推出的結(jié)論,反而要否認(rèn)它,使得推理退回到前面的某一步,重新開始.一般是在知識(shí)不完全的情況下進(jìn)行的1啟發(fā)式推理.如果在推理過程中,運(yùn)用與問題有關(guān)的啟發(fā)性知識(shí),如解決問題的策略、技巧及經(jīng)驗(yàn)等,以加快推理過程,提升搜索效率,這種推理過程稱為啟發(fā)式推理.如A、A*等算法.2非啟發(fā)式推理.如果在推理過程中,不運(yùn)用啟發(fā)性知識(shí),只根據(jù)一般的限制邏輯進(jìn)行推理,這種推理過程稱為非啟發(fā)式推理.推理效率較低,容易出現(xiàn)“組合爆炸問題.三、推理的限制策略：主要是指推理方向

5、的選擇、推理時(shí)所用的搜索策略及沖突解決策略等.一般推理的限制策略與知識(shí)表達(dá)方法有關(guān)產(chǎn)生式系統(tǒng).基于規(guī)那么的演繹推理1、推理方向：用于確定推理的驅(qū)動(dòng)方式.分為正向推理由事實(shí)出發(fā)卜反向推理以某個(gè)假設(shè)目標(biāo)作為出發(fā)點(diǎn)和正反向混合推理正向推理和反向推理相結(jié)合.系統(tǒng)組成:知識(shí)庫KB+初始事實(shí)和中間結(jié)果的數(shù)據(jù)庫DB+推理機(jī)正向推理推理方向一源令推理推理機(jī)Vf用戶(1) .正向推理事實(shí)驅(qū)動(dòng)推理：事實(shí)一結(jié)論根本思想：正向推理又稱數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)推理,是根據(jù)由條件推出結(jié)論的方向進(jìn)行的推理方式,它從一組事實(shí)出發(fā),使用一定的推理規(guī)那么,來證實(shí)目標(biāo)事實(shí)或命題的成立.一般的推理過程是先向綜合數(shù)據(jù)庫提供一些初始事實(shí),限制系統(tǒng)利用這

6、些數(shù)據(jù)與知識(shí)庫中的知識(shí)進(jìn)行匹配,被觸發(fā)的知識(shí),將其結(jié)論作為新的事實(shí)添加到綜合數(shù)據(jù)庫中.重復(fù)上述過程,用更新過的綜合數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)再與知識(shí)庫中另一條知識(shí)匹配,將其結(jié)論更新至綜合數(shù)據(jù)庫中,直到?jīng)]有可匹配的新知識(shí)和不再有新的事實(shí)參加到綜合數(shù)據(jù)庫中為止.然后測試是否得到解,有解那么返回解,無解那么提示運(yùn)行失敗.L開明二上加岫已R底或坦人.已就宿弊雨.她KL中通獨(dú)一條旬見也笆-I也巴"上日中實(shí)現(xiàn)正向推理需要解決的問題：確定匹配(知識(shí)與事實(shí))的方法.按什么策略搜索知識(shí)庫.沖突消解策略.特點(diǎn)：正向推理簡單,易實(shí)現(xiàn),但目的性不強(qiáng),效率低.(2) .逆向推理(目標(biāo)驅(qū)動(dòng)推理)：以某個(gè)假設(shè)目標(biāo)作為出發(fā)點(diǎn).

7、根本思想：選定一個(gè)假設(shè)目標(biāo).尋找支持該假設(shè)的證據(jù),假設(shè)所需的證據(jù)都能找到,那么原假設(shè)成立；假設(shè)無論如何都找不到所需要的證據(jù),說明原假設(shè)不成立的；為此需要另作新的假設(shè).主要優(yōu)點(diǎn)：不必使用與目標(biāo)無關(guān)的知識(shí),目的性強(qiáng),同時(shí)它還有利于向用戶提供解釋.主要缺點(diǎn)：起始目標(biāo)的選擇有盲目性.從KS中選出一條知詞,豆并得該知識(shí)的一個(gè)運(yùn)用該饃唉成空,并將此條杵作為新的保衣目標(biāo)賽實(shí)存人效樨游實(shí)現(xiàn)逆向推理需要解決的問題：如何判斷一個(gè)假設(shè)是否是證據(jù)?當(dāng)導(dǎo)出假設(shè)的知識(shí)有多條時(shí),如何確定先選哪一條?一條知識(shí)的運(yùn)用條件一般都有多個(gè),當(dāng)其中的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)證成立后,如何自動(dòng)地?fù)Q為對另一個(gè)的驗(yàn)證特點(diǎn)：目的性強(qiáng),利于向用戶提供解釋,但選

8、擇初始目標(biāo)時(shí)具有盲目性,比正向推理復(fù)雜.(3) .混合推理正反向混合推理:(1)先正向后逆向：先進(jìn)行正向推理,幫助選擇某個(gè)目標(biāo),即從事實(shí)演繹出局部結(jié)果,然后再用逆向推理證實(shí)該目標(biāo)或提升其可信度；(2)先逆向后正向：先假設(shè)一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行逆向推理,然后再利用逆向推理中得到的信息進(jìn)行正向推理,以推出更多的結(jié)論.開始一進(jìn)行正向推理退出以正向推理所得結(jié)果作為置設(shè)進(jìn)行逆向推理(4) .雙向推理雙向推理：正向推理與逆向推理同時(shí)進(jìn)行,且在推理過程中的某一步驟上“碰頭的一種推理.中間結(jié)論己知事實(shí)iSSOOSHDC假設(shè)目標(biāo)證據(jù)2、搜索策略：推理時(shí)要反復(fù)用到知識(shí)庫中的規(guī)那么,而知識(shí)庫中的規(guī)那么又很多,這樣就存在著如何

9、在知識(shí)庫中尋找可用規(guī)那么的問題(代價(jià)小,解好).可以采用各種搜索策略有效地限制規(guī)那么的選取.3、沖突解決策略：在推理過程中,系統(tǒng)要不斷地用數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)與知識(shí)庫中的規(guī)那么進(jìn)行匹配,當(dāng)有一個(gè)以上規(guī)那么的條件局部和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫相匹配時(shí),就需要有一種策略來決定首先使用哪一條規(guī)那么,這就是沖突解決策略.沖突解決策略實(shí)際上就是確定規(guī)那么的啟用順序.(1)專一性排序(條件局部更具體的規(guī)那么)(2)規(guī)那么排序(規(guī)那么編排順序)(3)數(shù)據(jù)排序(所有條件按優(yōu)先級(jí)次序編排起來)(4)就近排序(最近使用的規(guī)那么優(yōu)先)(5)上下文限制(在某種上下文條件下)(6)按匹配度排序(計(jì)算這兩個(gè)模式的相似程度)(7)按條件個(gè)數(shù)排

10、序(條件少的優(yōu)先)不確定性推理：1、概率方法概率推理就是由給定的變量信息來計(jì)算其它變量的概率信息的過程.假設(shè)給定證據(jù)集合E為變量集合Y的子集,其中變量取值用e表示,即E=e,此時(shí)假設(shè)希望計(jì)算條件概率p(YIE=e)的值,即在給定證據(jù)變量取值后求變量Y=yi的概率,這個(gè)過程被稱為概率推理.在基于概率的不確定推理中,概率一般解釋為專家對證據(jù)和規(guī)那么的主觀信任度.對概率推理起著支撐作用的是Bayes公式.Bayes公式用于不確定推理的一個(gè)原始條件是：前提E的概率P(日和H的先驗(yàn)概率P(H),并H成立時(shí)E出現(xiàn)的條件概率P(E|H).推理的目的是推出H的后驗(yàn)概率P(H|E).如果有多個(gè)證據(jù)E1,E2,.

11、,Em和多個(gè)結(jié)論H1,H2,.,Hn,并且每個(gè)證據(jù)都以一定程度支持結(jié)論,那么P(HiIE1E2Em)P(Ei|Hi)P(E2|Hi)P(Em|Hi)P(Hi)n'P(EJHj)P(E2|Hj)P(Em|Hj)P(Hj)j1此時(shí),只要Hj的先驗(yàn)概率P(Hj)及Hi成立時(shí)證據(jù)E1,E2,.,Em出現(xiàn)的條件概率P(E1|Hj),P(E2|Hj),.,P(Em|Hj),就可利用上述計(jì)算出在E1,E2,.,Em出現(xiàn)的情況下的條件概率P(Hi|E1,E2,.,Em).2、模糊推理方法從不精確的前提集合中得出可能的不精確結(jié)論的推理過程,又稱近似推理.在人的思維中,推理過程常常是近似的.例如,人們根據(jù)條件語句(假言)“假設(shè)西紅柿是紅的,那么西紅柿是熟的和前提(直言)“西紅柿非常紅,立即可得出結(jié)論“西紅柿非常熟.這種不精確的推理不可能用經(jīng)典的二值邏輯或多值邏輯人類思維判斷的根本形式：如果(條件)一那么(結(jié)論)例如：“如果爐溫低